JP2017017565A - ヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】遮蔽型のヘッドマウントディスプレイの装着感を向上する技術を提供する。
【解決手段】ユーザの頭部に装着して使用される遮蔽型のヘッドマウントディスプレイにおいて、筐体は、ヘッドマウントディスプレイが装着されるときにユーザの視界を覆う内部空間を形成する。提示部は、筐体に収容され、ユーザに映像を提示する。額当て部は、ヘッドマウントディスプレイが装着されるときにユーザの額と筐体との間に配置される。額当て部は、筐体の内部空間と筐体の外部とを結ぶ気体の導通路を備える。導通路は、外部側の開口部から入射した光が提示部に入射することを規制するように構成されている。
【選択図】図５

Description

この発明は、ヘッドマウントディスプレイに関する。

奥行きを持った立体映像を提示することが可能なヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Display）の普及が加速している。ヘッドマウントディスプレイはユーザの両目を覆うようにしてユーザの頭部に装着される。このようなヘッドマウントディスプレイの中には、ヘッドマウントディスプレイが提供する映像に加えて外界の映像もユーザに提供するシースルータイプのものと、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザの外界に対する視界を遮断してユーザの視界を遮蔽する遮蔽型のものとが存在する。ここで、遮蔽型のヘッドマウントディスプレイを装着したユーザは、ヘッドマウントディスプレイが備える提示部が提示する映像を観察することになる（特許文献１参照）。

特開平７−３２５２６５号公報

遮蔽型のヘッドマウントディスプレイはユーザの顔付近に密閉空間を構成するため、ユーザ自身の発熱や発汗、ヘッドマウントディスプレイを構成する電子部品の発熱等に起因して、密閉空間の温度および湿度が上昇する場合がある。このような場合、ヘッドマウントディスプレイを装着するユーザに不快感を与えかねない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、遮蔽型のヘッドマウントディスプレイの装着感を向上する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、ユーザの頭部に装着して使用される遮蔽型のヘッドマウントディスプレイである。このヘッドマウントディスプレイは、装着されるときにユーザの視界を覆う内部空間を形成する筐体と、筐体に収容され、ユーザに映像を提示する提示部と、ヘッドマウントディスプレイが装着されるときにユーザの額と筐体との間に配置される額当て部とを備える。額当て部は、筐体の内部空間と筐体の外部とを結ぶ気体の導通路を備える。導通路は、外部側の開口部から入射した光が提示部に進入することを規制するように構成されている。

筐体をユーザの頭部に固定するための固定部をさらに備え、当該固定部は、筐体の一端と他端とを結ぶ帯状部材であって、ヘッドマウントディスプレイが装着されるときにユーザの後頭部を通る帯状部材と、帯状部材の長さを調整する調整機構と、帯状部材と筐体とを接続し、弾性変形自在な接続部とを備えてもよい。

額当て部は、ヘッドマウントディスプレイが装着されるときにユーザの額と接触する領域に、吸湿部材を備えてもよい。

導通路は、外部側の開口部を形成する平面に垂直な直線上から外れた位置に、内部空間側の開口部が設けられていてもよい。

提示部は、ヘッドマウントディスプレイが装着されるときに、ユーザの頭頂側の一端に光を遮蔽する遮蔽部材が設けられていてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、遮蔽型のヘッドマウントディスプレイの装着感を向上する技術を提供することができる。

実施の形態に係る映像システムの概観を模式的に示す図である。 図２（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイの斜視図である。 実施の形態に係る筐体が収容する提示部の光学構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイの背面図である。 実施の形態に係る筐体の内部空間を説明する模式図である。 実施の形態に係る額当て部に設けられた導通路を説明する図である。

図１は、実施の形態に係る映像システム１の概観を模式的に示す図である。実施の形態に係る映像システム１は、ヘッドマウントディスプレイ１００と映像再生装置２００とを含む。図１に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザ３００の頭部に装着して使用される遮蔽型のヘッドマウントディスプレイである。

映像再生装置２００は、ヘッドマウントディスプレイ１００が表示する映像を生成する。限定はしないが、一例として、映像再生装置２００は、据え置き型のゲーム機、携帯ゲーム機、ＰＣ、タブレット、スマートフォン、ファブレット、ビデオプレイヤ、テレビ等の映像を再生可能な装置である。映像再生装置２００は、ヘッドマウントディスプレイ１００と無線または有線で接続する。図１に示す例では、映像再生装置２００はヘッドマウントディスプレイ１００と無線で接続している。映像再生装置２００がヘッドマウントディスプレイ１００との無線接続は、例えば既知のＷｉ−Ｆｉ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信技術を用いて実現できる。限定はしないが、一例として、ヘッドマウントディスプレイ１００と映像再生装置２００との間における映像の伝送は、Ｍｉｒａｃａｓｔ（商標）やＷｉＧｉｇ（商標）、ＷＨＤＩ（商標）等の規格に則って実行される。

なお、図１は、ヘッドマウントディスプレイ１００と映像再生装置２００とが異なる装置である場合の例を示している。しかしながら、映像再生装置２００はヘッドマウントディスプレイ１００に内蔵されてもよい。

ヘッドマウントディスプレイ１００は、筐体１５０、第１固定部１６０ａ、第２固定部１６０ｂ（以下、第１固定部１６０ａと第２固定部１６０ｂとを区別しない場合は、「固定部１６０」と総称する。）、およびヘッドフォン１７０を備える。筐体１５０は、画像表示素子などユーザ３００に映像を提示するための提示部や、図示しないＷｉ−ＦｉモジュールやＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュール等の無線伝送モジュールを収容する。固定部１６０は、ヘッドマウントディスプレイ１００をユーザ３００の頭部に装着する。固定部１６０は、例えばベルト等の帯状部材で実現できる。より具体的には、固定部１６０は、筐体１５０をユーザ３００の頭部に固定するために、筐体１５０の一端と他端とを結ぶ帯状部材から構成される。第１固定部１６０ａは、ヘッドマウントディスプレイ１００がユーザ３００に装着されるときにユーザ３００の後頭部を通る。

ユーザ３００が固定部１６０を用いてヘッドマウントディスプレイ１００を装着すると、筐体１５０はユーザ３００の眼を覆う位置に配置される。このため、ユーザ３００がヘッドマウントディスプレイ１００を装着すると、ユーザ３００の視界は筐体１５０によって遮蔽される。筐体１５０は、ユーザ３００の視界を覆う内部空間１５２を形成する。なお、第１固定部１６０ａには、第１固定部１６０ａを構成する帯状部材の長さを調整する調整機構１６２が備えられている。

ヘッドフォン１７０は、映像再生装置２００が再生する映像の音声を出力する。ヘッドフォン１７０はヘッドマウントディスプレイ１００に固定されなくてもよい。ユーザ３００は、固定部１６０を用いてヘッドマウントディスプレイ１００を装着した状態であっても、ヘッドフォン１７０を自由に着脱することができる。

図２（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の斜視図である。より具体的に、図２（ａ）は実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の正面斜視図であり、図２（ｂ）は実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の背面斜視図である。なお、図２（ａ）−（ｂ）においては、ヘッドフォン１７０の図示を省略している。

第１固定部１６０ａの調整機構１６２は、円形のつまみを備えている。ユーザ３００が円形のつまみを時計回りに回転すると、帯状部材が巻き取られることで全体の長さが短くなる。反対に、ユーザ３００が円形のつまみを反時計回りに回転すると、巻き取られていた帯状部材が解放され帯状部材の長さが長くなる。ユーザ３００は円形のつまみを片手で操作できるため、ユーザ３００はヘッドマウントディスプレイ１００のフィッティングを簡便に調整することができる。特に、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００は外界からユーザ３００の視界を完全に遮る遮蔽型のヘッドマウントディスプレイである。このため、外界の光が内部空間１５２に進入することを抑制するために、ヘッドマウントディスプレイ１００はユーザ３００にしっかりと固定されることは好ましい。

そこで、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００は、筐体１５０と第１固定部１６０ａとを接続する接続部１６４も備える。接続部１６４は、例えばシリコン樹脂等の弾性変形自在な部材を用いて形成されている。ユーザ３００がヘッドマウントディスプレイ１００を頭部に装着して調整機構１６２の円形つまみを時計回りに回すと、帯状部材の長さが短くなりユーザ３００の頭部を締め付ける。このとき、接続部１６４は第１固定部１６０ａの張力によって変形するので、ユーザ３００の頭部の形状の違いを吸収しフィット感を向上することができる。さらに、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００はユーザ３００は調整機構１６２を片手で調整できるので、ヘッドマウントディスプレイ１００とユーザ３００の頭部とのフィッティングを簡便に調整でき、ユーザビリティが向上する。

図２（ｂ）に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１００は、ヘッドマウントディスプレイ１００が装着されるときにユーザ３００の額と筐体１５０との間に配置される額当て部１５４を備える。詳細は後述するが、額当て部１５４は内部空間１５２と筐体１５０とを結ぶ気体の導通路を備えている。これにより、ユーザ３００がヘッドマウントディスプレイ１００を装着したときに、ユーザ３００が発する熱および蒸気によって内部空間１５２が蒸れることを軽減できる。なお、額当て部１５４も接続部１６４と同様に弾性変形自在な部材である。このため、第１固定部１６０ａの張力によって変形するので、ユーザ３００の頭部の形状の違いを吸収しフィット感を向上することができる。

図２（ｂ）に示すように、提示部１３０は、ヘッドマウントディスプレイ１００が装着されたときにユーザ３００の目に対向する位置に配置される。以下、提示部１３０について説明する。

図３は、実施の形態に係る筐体１５０が収容する提示部１３０の光学構成を模式的に示す図である。提示部１３０は、近赤外光源１０３、画像表示素子１０８、ホットミラー１１２、凸レンズ１１４、カメラ１１６、および画像出力部１１８を備える。

近赤外光源１０３は、近赤外（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ程度）の波長帯域の光を照射可能な光源である。近赤外光は、一般に、ユーザ３００の肉眼では観測ができない非可視光の波長帯域の光である。

画像表示素子１０８は、ユーザ３００に提示するための画像を表示する。画像表示素子１０８が表示する画像は、映像再生装置２００内の図示しないＧＰＵ（Graphic Processing Unit）が生成する。画像表示素子１０８は、例えば既知のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬディスプレイ（Organic ElectroLuminescent Display）を用いて実現できる。

ホットミラー１１２は、ユーザ３００がヘッドマウントディスプレイ１００を装着したときに、画像表示素子１０８とユーザ３００の目３０２との間に配置される。ホットミラー１１２は、画像表示素子１０８が生成する可視光は透過するが、近赤外光は反射する性質を持つ。

凸レンズ１１４は、ホットミラー１１２に対して、画像表示素子１０８の反対側に配置される。言い換えると、凸レンズ１１４は、ユーザ３００がヘッドマウントディスプレイ１００を装着したときに、ホットミラー１１２とユーザ３００の目３０２との間に配置される。すなわち、凸レンズ１１４は、ヘッドマウントディスプレイ１００がユーザ３００に装着されたときに、ユーザ３００の目３０２に対向する位置に配置される。

凸レンズ１１４はホットミラー１１２を透過する画像表示光を集光する。このため、凸レンズ１１４は、画像表示素子１０８が生成する画像を拡大してユーザ３００に提示する画像拡大部として機能する。なお、説明の便宜上、図３では凸レンズ１１４をひとつのみ示しているが、凸レンズ１１４は、種々のレンズを組み合わせて構成されるレンズ群であってもよいし、一方が曲率を持ち、他方が平面の片凸レンズであってもよい。

図４は、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００の背面図である。図４に示すように、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザ３００の左目に画像を提示するための第１提示部１３０ａと、ユーザ３００の右目に画像を提示するための第２提示部１３０ｂとの２つの提示部１３０を備える。このため、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザ３００の右目と左目とに、それぞれ右目用の視差画像と左目用の視差画像とを提示することができる。これにより、実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００は、ユーザ３００に対して奥行き感を持った立体映像を提示することができる。

上述したように、ホットミラー１１２は、可視光を透過し、近赤外光を反射する。したがって、画像表示素子１０８が照射する画像光はホットミラー１１２を透過してユーザ３００の目３０２まで到達する。また近赤外光源１０３から照射され、凸レンズ１１４の内部の反射領域で反射された赤外光は、ユーザ３００の目３０２に到達する。

ユーザ３００の目３０２に到達した赤外光は、ユーザ３００の目３０２で反射され、再び凸レンズ１１４の方向に向かう。この赤外光は凸レンズ１１４を透過し、ホットミラー１１２で反射される。カメラ１１６は可視光を遮断するフィルタを備えており、ホットミラー１１２で反射された近赤外光を撮像する。すなわち、カメラ１１６は、近赤外光源１０３から照射され、ユーザ３００の目３０２で角膜反射された近赤外光を撮像する近赤外カメラである。

画像出力部１１８は、カメラ１１６が撮像した画像を、ユーザ３００の視線方向を検出する視線検出部に出力する。具体的には、画像出力部１１８は、カメラ１１６が撮像した画像を映像再生装置２００に送信する。視線検出部は、ユーザ３００の目３０２と、近赤外光に起因する起点との位置関係から、ユーザ３００の視線方向を検出することができる。この手法は既知であるため説明を省略するが、視線検出部は、映像再生装置２００のＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行する視線検出プログラムによって実現される。なお、ヘッドマウントディスプレイ１００がＣＰＵやメモリ等の計算リソースを持っている場合には、ヘッドマウントディスプレイ１００のＣＰＵが視線検出部を実現するプログラムを実行してもよい。

次に、実施の形態に係る額当て部１５４について説明する。

図５は、実施の形態に係る筐体１５０の内部空間１５２を説明する模式図である。図５に示すように、額当て部１５４は、ユーザ３００がヘッドマウントディスプレイ１００を装着したときにユーザ３００の額に当たる部分である。このため額当て部１５４は、ヘッドマウントディスプレイ１００が装着されるときにユーザ３００の額と接触する領域に、吸湿部材１５６を備える。これにより、ユーザ３００の汗等を吸収し、ヘッドマウントディスプレイ１００の装着感を向上することができる。

図６は、実施の形態に係る額当て部１５４に設けられた導通路１５８を説明する図であり、額当て部１５４と提示部１３０とを抜き出して両者の位置関係を示す図である。煩雑となることを避けるために図６では導通路を示す符号１５８は１箇所のみ図示している。しかしながら、図６において破線で示す経路は導通路を示している。このように、額当て部１５４には、１以上の導通路１５８が設けられている。このため、図２（ｂ）に示したように、額当て部１５４は多数の穴が開いたメッシュ状の形状となっている。

額当て部１５４は、筐体１５０の内部空間１５２と筐体１５０の外部との境界領域ともなる部分である。このため上述したように、額当て部１５４には、内部空間１５２を換気するために、筐体１５０の内部空間１５２と筐体１５０の外部とを結ぶ気体の導通路１５８が設けられている。これにより、内部空間１５２に熱気や蒸気がこもることが軽減でき、ユーザ３００がヘッドマウントディスプレイ１００を長時間着用しても快適性を維持することができる。

実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００は、筐体１５０がユーザ３００の視界を遮る遮蔽型のヘッドマウントディスプレイである。したがって、例えば導通路１５８を介して筐体１５０の外部にある環境光が内部空間１５２に進入すると、提示部１３０が提示する映像の視認性が低下する恐れがある。特に、環境光が提示部１３０に直接入射することは避けることが好ましい。

このため、導通路１５８は、筐体１５０の外部側の開口部から入射した光が提示部１３０に入射することを規制するように構成されている。これを実現するために、導通路１５８は以下に説明する少なくともいずれか一つの施策がなされている。

まず第１に、導通路１５８は、内部空間１５２側の出口を構成する開口部と、外部側の出口を構成する開口部とを結ぶ直線が、提示部１３０の表示面から外れるように構成されている。これにより、仮に導通路１５８の外部側の開口部から入射した光が内部空間１５２側の出口から出射したとしても、その光は提示部１３０には向かわない。これにより、提示部１３０が提示する映像の視認性を保つことができる。

第２に、導通路１５８は直線ではなく、曲線ないしカーブを描くように構成されている。言い換えると、導通路１５８は、外部側の開口部を形成する平面に垂直な直線上から外れた位置に、内部空間１５２側の開口部が設けられている。一般に、光は直進する性質がある。このため、導通路１５８がカーブを描いていると、外部側の開口部から入射した光は導通路１５８の内壁に当たり、内部空間１５２側の開口部に到達することが抑制できる。これにより、提示部１３０が提示する映像の視認性を保つことができる。

以上、提示部１３０が提示する映像の視認性を保つための導通路１５８の構成について説明した。この他、提示部１３０が提示する映像の視認性を保つために、提示部１３０が光の遮蔽部材１３２を備えてもよい。より具体的には図６に示すように、提示部１３０は、ヘッドマウントディスプレイ１００が装着されるときに、ユーザ３００の頭頂側の一端に光を遮蔽する遮蔽部材１３２が設けられている。これにより、額当て部１５４から進入する光に起因する光線が提示部１３０の表示面に到達することを抑制できる。

以上より、実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ１００によれば、遮蔽型のヘッドマウントディスプレイの装着感を向上することができる。特に、額当て部１５４に設けられた導通路１５８によって内部空間１５２が換気されるため、内部空間１５２が蒸れることが抑制できる。また、導通路１５８はヘッドマウントディスプレイ１００の外部の環境光が提示部１３０に入射することを規制するため、映像の視認性を保つこともできる。

さらに、額当て部１５４のうちユーザ３００の額の肌に直接触れる部分には吸湿部材１５６が設けられている。このため、ユーザ３００の額に汗等に起因する水分がたまることが抑制でき、装着感を向上することができる。また額当て部１５４および接続部１６４は弾性変形自在な部材であり、第１固定部１６０ａの締め付け力と連動してユーザ３００の胴部の形状にフィットし、ヘッドマウントディスプレイ１００の装着感を向上することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１ 映像システム、 １００ ヘッドマウントディスプレイ、 １０３ 近赤外光源、 １０８ 画像表示素子、 １１２ ホットミラー、 １１４ 凸レンズ、 １１６ カメラ、 １１８ 画像出力部、 １３０ 提示部、 １３２ 遮蔽部材、 １５０ 筐体、 １５２ 内部空間、 １５４ 額当て部、 １５６ 吸湿部材、 １５８ 導通路、 １６０ 固定部、 １６２ 調整機構、 １６４ 接続部、 １７０ ヘッドフォン、 ２００ 映像再生装置。

Claims (5)

1. ユーザの頭部に装着して使用される遮蔽型のヘッドマウントディスプレイであって、
   前記ヘッドマウントディスプレイが装着されるときに前記ユーザの視界を覆う内部空間を形成する筐体と、
   前記筐体に収容され、前記ユーザに映像を提示する提示部と、
   前記ヘッドマウントディスプレイが装着されるときに前記ユーザの額と前記筐体との間に配置される額当て部とを備え、
   前記額当て部は、前記筐体の内部空間と前記筐体の外部とを結ぶ気体の導通路を備え、
   前記導通路は、外部側の開口部から入射した光が前記提示部に進入することを規制するように構成されているヘッドマウントディスプレイ。
2. 前記筐体を前記ユーザの頭部に固定するための固定部をさらに備え、当該固定部は、
   前記筐体の一端と他端とを結ぶ帯状部材であって、前記ヘッドマウントディスプレイが装着されるときに前記ユーザの後頭部を通る帯状部材と、
   前記帯状部材の長さを調整する調整機構と、
   前記帯状部材と前記筐体とを接続し、弾性変形自在な接続部とを備える請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。
3. 前記額当て部は、前記ヘッドマウントディスプレイが装着されるときに前記ユーザの額と接触する領域に、吸湿部材を備える請求項１または２に記載のヘッドマウントディスプレイ。
4. 前記導通路は、外部側の開口部を形成する平面に垂直な直線上から外れた位置に、内部空間側の開口部が設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
5. 前記提示部は、前記ヘッドマウントディスプレイが装着されるときに、前記ユーザの頭頂側の一端に光を遮蔽する遮蔽部材が設けられている請求項１から４のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。

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